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毫米波雷达在智能交通领域的应用

2017年12月23日 16:02智慧城市网点击量:2472

  逐渐复杂的道路交通环境促使我国对于智能交通管理系统的要求向智能化、全面化、准确化、实时化发展,而达到这个要求必须要依赖可靠的实时的和准确的检测数据,包括大数据、地磁、视频和雷达等检测手段提供了多模式的数据,而毫米波雷达具有的技术优势可在智能交通领域有着极其重要的应用。
 
  比如可用于车辆检测、交通量调查、交通事件检测、交通诱导、超速监测、电子卡口、电子警察和红绿灯控制等。
 
  一、毫米波雷达的优势
 
  毫米波雷达,是工作在毫米波波段(millimeter wave )探测的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的。毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导兼备的优点。
 
  由于毫米波雷达相比厘米波雷达具有体积小、易集成和空间分辨率高的特点。早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。毫米波雷达具有以下几个方面的优势:
 
  (1)精度高抗干扰
 
  同微波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。在天线口径相同的情况下,毫米波雷达有更窄的波束(一般为毫弧度量级),可提高雷达的角分辨能力和测角精度,并且有利于抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰等。
 
  (2)全天候全天时
 
  与红外、视频、激光等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。
 
  (3)高分辨多目标
 
  由于工作频率高,可能得到大的信号带宽(如吉赫量级)和多普勒频移,有利于提高距离和速度的测量精度和分辨能力并能分析目标细节特征。同时毫米波雷达能分辨识别很小的目标,并且能同时识别多个目标,因此具有很强的空间分辨和成像能力。
 
  (4)敏感高误报低
 
  系统敏感性高,错误误报率低,不易受外界电磁噪声的干扰。
 
  (5)高频率低功率
 
  具有更高的发射频率,更低的发射功率。
 
  (6)可测速可测距
 
  采用FMCW调频连续波,能同时测出多个目标的距离和速度,并可对目标连续跟踪,甚至到静止目标也可保持跟踪不丢失。
 
  (7)距离远实时性高
 
  测量距离远,达到双向12车道200米远,同时38Hz26ms的检测频率具有*的实时性。
 
  二、4D毫米波可视雷达
 
  4D毫米波可视雷达是专门为智能交通系统设计的多车道多目标跟踪4D视频雷达,它采用世界*的智能三维立体空间毫米波检测技术,可提供的 X、Y、Z三维坐标和一维速度的 4D多目标实时跟踪轨迹信息,确保检测和统计每一辆行驶车辆的各种信息。
 
  该雷达拥有*自主知识产权的新型毫米波车辆检测器,利用调频连续波和多普勒技术原理,对路面发射毫米波,通过对回波信号进行高速实时的数字化处理分析,检测单车速度、平均速度、车流量、车道占有率、车型、排队长度和事件分析等交通流基本信息的非接触式交通检测器。
 
  4D毫米波可视雷达系列集成高清视频摄像机,可同时监控4-12个车道并提供128 个目标的高分辨率四维雷达轨迹信息并同步叠加显示在视频上。4D毫米波可视雷达的四维识别技术使得它能够测速并跟踪目标轨迹,即使在大流量或者拥堵缓行的路段,也能提供非常准确的数据。
 
  三、毫米波雷达的应用
 
  4D毫米波可视雷达主要应用于高速公路、城市道路、普通公路交通流量等交通参数采集和监测,为交通管理提供准确、可靠、实时的交通信息,为实现交通智能化提供。主要可应用在智能交通领域的执法、管理、安全以及综合等几个方面上。
 
  执法方面
 
  (1)测速雷达
 
  一款专门为测速设计的多车道多目标跟踪雷达,可以正装或者斜装,提供的车辆速度及定位信息,确保捕获检测路段的每一辆超速汽车。一台雷达加上一台高清摄像机,即可实现多车道多目标测速,同时实现每辆汽车的车牌识别和区分测速并直接叠加在车辆上,准确可靠,捕获率高,降低成本,安装简便。避免了单车道测速雷达的干扰和一张图片上有多辆车汽车不能使用的问题。
 
  (2)电子卡口雷达
 
  一款专门为电子卡口设计的多车道多目标跟踪雷达,可自动检测跟踪区域内的车辆,当车辆满足设定的触发条件时,输出信号触发高清摄像机抓拍取证,构成卡口系统前端采集单元。
 
  具有多目标识别跟踪能力,在卡口系统中按车道提供位置的触发信号和的车辆速度,还可以按周期提供车流量、平均速度、占有率等交通信息,雷达对采集完成的数据进行统计后,直接输出给用户,不需要另外配电脑进行计算与统计。安装调试简单方便,触发位置由参数设定,无需反复调节安装角度来寻找触发位置。
 
  (3)电子警察雷达
 
  一款专门为电子警察设计的多车道多目标跟踪雷达,可提供的车辆信息及视频监控,确保捕获检测路段的每一辆违章车辆,它无需破坏道路,不受光线和天气变化影响,可取代线圈、地磁和视频检测,同时检测4-12个车道128个车辆目标的超速、逆行、变道、违停、事故等情况。
 
  管理方面
 
  (1)流量检测雷达
 
  一款专门为电子警察设计的多车道多目标跟踪雷达,可提供的180米范围内车流量、平均速度、车道占有率等统计信息,流量精度≥99%,车道占有率精度≥99%,平均速度精度≥99%,提供实时路况照片或视频,用以掌握和验证现场情况,提供30ms检测更新和RJ45、485两种信号输出。
 
  (2)智能路口雷达
 
  一台智能路口雷达可同时检测多个车道的排队起始位置、排队长度、排队车辆数、实时平均车速等排队信息,以及四个以上断面每辆车的车速、车型、车道号、占有时间等过车信息。可优化十字路口红绿灯的配时方案。无线组网,安装简便。
 
  (3)路内停车管理系统
 
  一台毫米波雷达雷达加上一台高清球形摄像机,即可实现多车道多目标车辆跟踪,一旦检测到车辆停到或车位上,即可将坐标发给球机,由球机完成车牌识别,然后完成计费处理流程,准确可靠,降低成本,安装简便。
 
  (4)收费站排队长度检测系统
 
  随着机动车数量的快速增多,收费站面临不同程度的拥堵,特别是重大节假日、旅游季节,高速公路收费站拥堵情况更为突出,严重影响了公众的顺畅出行,也给收费管理造成了影响。为了应对收费站交通拥堵状况,亟需通过智能化的科技手段提高管理和服务水平,建立一套自动检测机制以判断收费站的拥堵状态,一方面为管理部门提供直观便捷的收费站交通状态信息服务,为路网辅助管理做出合理决策,另一方面为广大出行群众提供比较准确的信息,利用高速公路路网管理、交通诱导发布、综合信息发布及信息查询等提供行驶决策依据和帮助。采用毫米波多目标跟踪三维空间检测技术实现的排队预警系统检测、安装方便,同时不受天气、光线、环境气候变化的影响。
 
  安全方面
 
  (1)事件检测雷达
 
  使用事件检测雷达作为交通事件检测系统,采用多目标三维扫描技术和*的车辆跟踪算法,同时雷达自带高清像机,全天候对目标范围内的车辆进行检测、实时跟踪和视频监控,对多种交通异常事件进行检测和即时报警,并自动触发摄像机调整位置进行现场监控、抓拍交通事件现场图片和录像,检测多车道多个车辆的超速、逆行、变道、违停、拥堵等情况,提供实时路况照片或视频,用以掌握和验证现场情况。
 
  毫米波雷达交通事件检测系统,结合了雷达事件检测和视频可视化特点,适用于高速公路、城市道路、隧道、事故多发地段等其他多种应用场合,是交通管理者进行道路交通事件检测和交通流量检测的*选择。
 
  (2)测速提示系统
 
  汽车的速度越快,越容易引发交通事故。一台毫米波雷达加上LED屏构成测速提示系统可以同时检测多个车道多个车辆的行车速度,并实时显示每个车辆的速度,提醒司机不要超速,并将车速降到安全的范围内,从而提高行车的安全性。也可以实现可变限速的检测和提示。
 
  (3)盲区危险预警系统
 
  交通视觉盲区给道路交通带来巨大的安全隐患,造成很多交通事故。采用毫米波三维空间检测技术,可以实时对盲区行驶车辆的速度和距离进行检测,一台雷达即可覆盖多个车道180米范围内的盲区空间,路侧安装,无需破坏路面、中断交通。同时采用户外LED显示技术,主动对危险进行警示;全天候自动检测和主动发布警示信息,不受天气、光线、气候变化的影响;以提高安全通行,减少交通事故,保护国家和人民的生命财产安全。
 
  四、毫米波雷达检测站
 
  传统的微波车辆检测器可以提供车流量和平均速度数据,毫米波车辆检测站在此基础上还提供了更多综合检测功能,包括超速检测、事件检测等,一台设备具备了执法、管理和安全防范的综合功能。
 
  执法方面:可以实现超速、违法变道、违法停车、逆行、占用应急车道检测;管理方面:可以实现流量、速度、车道占有率、拥堵检测、排队长度检测;安全方面:可以实现安全隐患检测、安全事故检测、安全事件预警和防范。
 
  五、毫米波智能路口雷达
 
  十字路口是城市道路的重要节点,信号灯控制是交通流的重要调控手段,实现信号灯的感应控制和自适应控制对于提高通行效率和减少拥堵具有极其重要的意义。而这都基于实时、可靠和可信的数据检测和采集。
 
  毫米波智能路口雷达以其*的优势可以在这方面发挥重要的作用,是继线圈、地磁、视频之后的新一代检测设备。
 
  十字路口场景特点
 
  (1)Go-Stop-Go
 
  十字路口车辆行驶的特点是Go-Stop-Go,当车辆停止时会出现信号丢失从而目标丢失的现象,毫米波雷达极其准确的测距能力可以跟踪并保持静止的排队车辆目标不丢失。
 
  (2)车辆密聚
 
  当遇到红灯时车辆在排队的的情况下每个车道内一辆车紧接着一辆车,各个车道紧紧并成了一片,给目标的分析造成很大困难,毫米波雷达极其准确的空间分辨率可以有效地区分和定位每个车辆。
 
  (3)干扰多
 
  十字路口不光有车辆,还有大量的非机动车和行人,同时还有各种电磁干扰,给信号的处理造成很大的干扰,毫米波雷达*的抗*力可以有效地获取真实准确的数据。
 
  (4)复杂的路况
 
  案例十字路口具有很宽的双向12车道、弯道、桥梁、掉头道、非机动车道和人行横道,路况极其复杂,各种干扰源很多。
 
  (毫米波智能路口雷达案例图)
 
  (5)高精度抗干扰
 
  复杂路况对于任何检测手段都是一个巨大的挑战,首先要求检测技术能够具有很高的精度和抗干扰性能,以获取准确的基础数据。
 
  (6)优良的人工智能算法
 
  其次还要求利用人工智能算法对数据进行复杂的处理,同时具有良好的自学习和自适应的功能,以获取准确的结果数据。
 
  安装布局
 
  智能路口雷达分别架设在十字路口四个方向的红绿灯杆上,通过检测四个方向双向不同车道200米范围的交通流信息,实现交通信息实时检测、交通信号灯感应控制(红绿灯智能转换)及多个路口交通信号灯的自适应控制和交通诱导等功能。
 
  每个方向均可检测多车道的排队起始位置、排队长度、排队车辆数、平均车速和是否溢出等信息,同时检测多车道四个以上断面每辆车的车速、车型、车道号、占有时间等过车信息,可优化十字路口红绿灯的配时方案,动态调整交通信号控制机的各车道红绿灯设置时间,提高十字路口的通行效率,减少拥堵。
 
  数据应用
 
  毫米波智能路口雷达的检测可以提供车道级和毫秒级的数据,这种检测是微观的,同时也是实时和准确的,可以用于信号灯控制机即时感应控制、自适应控制和绿波带控制,也是未来实现车联网车路协同的基础。
 
  (南京奥杰智能科技有限公司供稿)
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